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        艦載軟武器電路板ESS試驗應用研究

        2018-04-11 01:56:56宜昌測試技術研究所
        電子世界 2018年6期
        關鍵詞:變率工作溫度電路板

        宜昌測試技術研究所 陳 真

        1.概述

        環(huán)境應力篩選(ESS)是剔除產(chǎn)品中早期故障,提高產(chǎn)品使用可靠性的一種工藝手段,GJB1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩選方法》在我國軍用裝備研制生產(chǎn)中得到了廣泛應用,并取得了十分良好的效果。

        艦船軟武器裝備[1]主要通過干擾精確制導武器的制導系統(tǒng)等手段,實現(xiàn)對武器的軟殺傷,以降低其對艦船目標的打擊精度,起到保護艦船目的。軟武器屬于成敗型一次性產(chǎn)品,其配裝電路板無故障工作時間通常小于25h,優(yōu)質(zhì)高效地開展電路板ESS試驗,是軟武器裝備生產(chǎn)的一項重要工作。

        本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法,以GJB/Z34篩選度模型為理論,制定了艦載軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件,經(jīng)多批次生產(chǎn)驗證,所制定簡化ESS試驗條件,滿足產(chǎn)品使用要求,極大縮短試驗時間,提高試驗效率。

        2.ESS試驗裁剪方法探討

        2.1 溫度循環(huán)裁剪理論

        GJB1032規(guī)定電子產(chǎn)品一般采用溫度循環(huán)和隨機振動相結(jié)合方式進行ESS試驗[2],一般篩選程序如表1所示。

        表1 GJB1032規(guī)定ESS篩選程序

        由表1可知,決定ESS試驗時長的主要為溫度循環(huán)。其附錄C就ESS試驗時間的剪裁方法進行了闡述,其中對于期望的平均無故障時間(MTBF)<25h的產(chǎn)品,僅給出Tt=Tw=10h,循環(huán)數(shù)為5的指導建議,說明工程應用GJB1032時不能生搬硬套,需據(jù)實分析確定。

        而針對溫度循環(huán)篩選試驗,GJB/Z34提出篩選度概念(用SS表示),從定量角度計算ESS試驗析出潛在缺陷的概率,計算篩選度RADC模型[3]為:

        (1)中R-溫度變化范圍;

        V-溫度變化速率,°C/min;

        N-循環(huán)次數(shù);

        e-自然對數(shù)的底;

        由式(1)中可知:其為溫度變化范圍R、溫度變化速率V及循環(huán)次數(shù)N的增函數(shù)。根據(jù)此規(guī)律,在篩選度不變情況下,提高溫度變化范圍及溫度變化速率,則溫度循環(huán)試驗的循環(huán)次數(shù)相應減少,為縮短試驗時間提供理論支撐。

        2.2 溫度循環(huán)裁剪流程

        (1)溫度循環(huán)試驗裁剪

        GJB1032規(guī)定,在無故障檢驗階段,在80h中應有連續(xù)40h無故障,若該時間段內(nèi)前40h連續(xù)無故障,則后40h可省略。

        (2)反算裁剪后溫度循環(huán)數(shù)

        GJB1032中規(guī)定溫度循環(huán)試驗的溫度變化率為5°C/min;高低溫極限值一般取產(chǎn)品的工作極限溫度,也可取非工作溫度;無故障檢驗循環(huán)次數(shù)為10次~20次。則根據(jù)RADC模型可計算產(chǎn)品的篩選度。但考慮產(chǎn)品實際特點及試驗設備情況,可確定試驗設備溫變速率V和保證產(chǎn)品功能正常的最大工作溫度變化范圍R,在保證同GJB1032中相同篩選度條件下,可反算裁剪后溫度循環(huán)數(shù)。產(chǎn)品的最大工作溫度變化范圍可用步進應力施加法[4]確定。

        (3)極限溫度保持時間

        極限溫度保持時間,可采用溫度傳感器通過實測,連續(xù)監(jiān)測試樣件表面及關鍵部位溫度變化情況,達到溫度穩(wěn)定時來確定保持時間。應以在極限溫度下產(chǎn)品能達到溫度穩(wěn)定并能完成產(chǎn)品功能測試為原則。取產(chǎn)品達到溫度穩(wěn)定時間和測試產(chǎn)品所需時間較長者為極限溫度保持時間。

        (4)最終篩選條件確定

        根據(jù)(1)(2)(3)所述,確定單個溫度循環(huán)時間,在保證產(chǎn)品滿足(2)所述連續(xù)循環(huán)范圍內(nèi)無故障,方算溫度循環(huán)篩選合格。

        3.具體ESS試驗條件

        艦船軟武器某電路板,已知其工作溫度范圍-40°C~65°C,該產(chǎn)品用某電路板每生產(chǎn)批數(shù)量為200套,按產(chǎn)品技術要求規(guī)定,該電路板裝機前,需全數(shù)進行環(huán)境應力篩選試驗,以下結(jié)合本文所述裁剪方法,制定某電路板具體簡化ESS試驗條件。

        3.1 溫度循環(huán)試驗裁剪

        按照GJB1032規(guī)定,溫度循環(huán)試驗時,對該電路板先進行缺陷剔除10個循環(huán)(共計40h);隨后進行無故障檢驗20個循環(huán)(共計80h),并要求連續(xù)10個循環(huán)無故障。若前10個循環(huán)不出現(xiàn)故障,則可省略后續(xù)試驗,其對應溫度變化率為5°C/min。則可計算溫度循環(huán)篩選試驗的篩選度如下:

        3.2 裁剪后溫度循環(huán)次數(shù)

        本單位可靠性試驗中心的溫度箱溫度其變化率可達10°C/min以上,但溫變率并非越大越好,當溫變率達到一定程度,再增大溫變率其篩選效果無明顯變化,溫度循環(huán)的溫變率合理取值[3]一般為5°C/min~15°C/min。由此可將溫變率由5°C/min提至10°C/min,由于電路板所選器件為工業(yè)級以上(對應工作溫度范圍-55°C~85°C),并經(jīng)步進應力施加法[4]得高溫工作極限為+80°C左右,適當降低,取+75°C,低溫工作極限為-50°C左右,適當提高,取-45°C,則工作溫度范圍為115°C。代入RADC模型,經(jīng)計算可得裁剪后循環(huán)次數(shù)N。

        求解N為5.75,為篩選充分,取N=6個循環(huán),能達到0.944的篩選度要求。

        3.3 極限溫度保持時間

        極限溫度保持時間以在極限溫度下電路板能達到溫度穩(wěn)定并能完成電路板功能測試為原則。取電路板達到溫度穩(wěn)定時間和測試電路板所需時間較長者,根據(jù)GJB1032中附錄B采用直接法測量該電路板高低溫極限溫度下,電路板經(jīng)1h可達到溫度穩(wěn)定,而完成批量(200套)功能測試需約30min,故極限溫度保持時間取1h。

        3.4 裁剪后溫度循環(huán)圖

        確定某電路板裁剪后的溫度循環(huán)剖面如圖1所示。

        圖1 裁剪后溫度循環(huán)試驗剖面

        由圖1可知,單個循環(huán)時間約為2.4h,若保證6個循環(huán)(14.4h)連續(xù)無故障,則進行6個循環(huán)(缺陷剔除)+6個循環(huán)(無故障檢驗)即可完成ESS試驗。則溫度循環(huán)試驗總時間為28.8h,相比80h可節(jié)省51.2h,極大提高了試驗效率。

        3.5 生產(chǎn)驗證

        某艦船軟武器自批生產(chǎn)以來,通過對配套電路板(近2000套)ESS試驗結(jié)果的統(tǒng)計、以及對產(chǎn)品交付用戶后實際使用情況統(tǒng)計,配套電路板均滿足產(chǎn)品功能實現(xiàn)要求。

        4.結(jié)論

        本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法和 GJB/Z34篩選度模型為理論,制定了艦船軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件,經(jīng)多批次生產(chǎn)驗證,所制定簡化ESS試驗條件,在保證篩選效果情況下,大大縮短試驗時間,提高試驗效率。

        [1]GJB4000-2000.艦船通用規(guī)范[S].國家軍用標準.

        [2]GJB1032-1990.電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩選方法[S].國家軍用標準.

        [3]GJB/Z 34-1993.電子產(chǎn)品定量環(huán)境應力篩選指南[S].國家軍用標準.

        [4]梁雪儀.溫度循環(huán)篩選剖面的剪裁方法[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2002,20(5):35-38.

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